TECNOLOGIA DO ÁLCOOL - LAN 685

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1 TECNOLOGIA DO ÁLCOOL - LAN 685
Universidade de São Paulo – USP Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” – Esalq Departamento de Agroindústria, Alimentos e Nutrição - LAN INTRODUÇÃO À GESTÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS NA INDÚSTRIA SUCROENERGÉTICA TECNOLOGIA DO ÁLCOOL - LAN 685 Prof. Antonio Sampaio Baptista LAN/ESALQ/USP

2 PANORAMA GERAL DO PROCESSO INDUSTRIAL
1 – Introdução 2 – Fluxogramas industriais 3 – Descrição das principais etapas do processo 4 – Passeio por uma usina discutindo as interações entre as etapas 5- Considerações finais 6 - Referências

3 PANORAMA GERAL DO PROCESSO INDUSTRIAL
1 – Introdução CAMPO PRODUÇÃO DE CANA Produção de etanol Produção de açúcar Produção de energia PROCESSO INDUSTRIAL Logística Comercialização Mercados futuros Administração Novos produtos Subprodutos Resíduos Tratamentos Figura 1 -Fluxograma simplificado da cadeia sucroenergética 3 3

4 PANORAMA GERAL DO PROCESSO INDUSTRIAL
2 – Fluxogramas industriais Figura 2 - A ilustração representa uma estrada com uma bifurcação que pode ir pela esquerda e voltar pela direita ou vice-versa. Será? O que você acha?

5 6 Fluxogramas da indústria sucroalcooleira
Produção de álcool Produtos Produção de cana Matéria-prima Administração Subprodutos Comercialização Subprodutos Resíduos Decisões Produção de açúcar Figura 3 - Esquema simplificado do fluxograma de produção de cana-de-açúcar, açúcar e álcool

6 6 Fluxogramas da indústria sucroalcooleira
Energia Álcool Torta de filtro Produção de álcool Produção de Álcool Vinhaça Moagem da cana Mel Melaço Produção de açúcar Torta de filtro Açúcar Co-geração Figura 3 - Fluxograma simplificado de uma usina de açúcar e de álcool

7 PANORAMA GERAL DO PROCESSO INDUSTRIAL
LAN ESALQ/USP 03 MESA RECEPTORA 2 – Fluxogramas industriais

8 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
1 Balança Toda usina possui uma balança antecedendo o processo industrial. Este equipamento é responsável para determinar a quantidade de matéria-prima que entra na indústria. A partir de informações obtidas nessa etapa tem-se subsídios para calcular os rendimentos industriais e realizar o pagamento da cana aos fornecedores.

9 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
2 Amostragem A cana que entra na usina além de pesada é amostrada para análises tecnológicas. As amostragem normalmente são realizadas por sondas obliquas ou horizontais. A amostra coletada é enviada para o laboratório de pagamento pelo teor de sacarose (PCTS), onde se realiza as análises de características tecnológicas da cana, a partir das quais se calcula o ATR (açúcar total recuperável) e tem-se informações fundamentais para os cálculos de rendimentos indústriais e o pagamento da cana.

10 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
3 Laboratório de PCTS A amostra de cana coleta dos caminhões é enviada ao laboratório de PCTS (pagamento da cana pelo teor de sacarose). Neste a cana é desfribada, homogeneizada e uma amostra analítica de 500 gramas é coletada e submetidas às análises tecnológicas . As análises realizadas nesse laboratório são: o brix, a pol e o peso do bagaço úmido.

11 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
4 Recepção da cana A cana recebida na indústria é descarregada através de equipamentos chamados hilos mecânicos, ou pontes rolantes, nos pátios de estocagem, ou diretamente nas mesas alimentadoras, para moagem. Nas mesas alimentadoras, a cana é lavada com água ou limpa a seco para remoção de terra e palha. Toda a água utilizada na lavagem é enviada para tratamento e reutilização.

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4 Recepção da cana Das mesas alimentadoras, a cana é descarregada em uma esteira metálica, que a transporta para a etapa seguinte do processamento. A cana colhida mecanicamente é descarregada diretamente na esteira metálica e não se recomenda a sua lavagem, apenas a limpeza a seco, exceto em alguns casos.

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5 Extração do caldo A cana da esteira metálica é encaminhada a equipamentos rotativos, denominados picador e desfibrador, para fazer o preparo da cana. O preparo da cana tem por objetivo abrir as células do colmo, facilitando a posterior extração do caldo. A cana desfibrada passa em um conjunto de três rolos, dispostos na forma de triângulo, denominados ternos. O conjunto de ternos forma a moenda. A função da moenda é separar o caldo da parte fibrosa da cana (bagaço) por compressão. A extração do caldo também poder ser realizada por equipamento denominado difusor.

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5 Extração do caldo A extração do caldo também poder ser realizada por equipamento denominado difusor.

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6 Distribuição do caldo O caldo extraído da cana é então bombeado para um tanque, onde parte dele é enviado para a produção do açúcar e parte para a produção de álcool. 7 Caleagem para produção de álcool O tratamento de caldo com leite de cal visa aumentar o pH do caldo para 5,6 a 5,8. Com isso, provocar a floculação e favorecer a decantação das impurezas coloidais. Também colabora para proteger os equipamentos contra a corrosão.

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Aquecimento O aquecimento consiste em se elevar a temperatura do caldo a 103º -105º C para que se consiga eliminação dos gases por auto-ebulição nos balões de flash. O aquecimento em si pouco reduz a contaminação microbiana devido ao baixo tempo de residência sob elevada temperatura. Somente com uma decantação bem dimensionada se alcança bons resultados de redução de carga microbiana, pelo aumento do tempo de exposição dos microrganismos à temperatura.

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6 Decantação A decantação visa a separação gravimétrica de impurezas contidas no caldo com a mínima remoção de nutrientes. Esta operação é conduzida com menor intensidade na clarificação do caldo para destilaria do que para a produção de açúcar. Esta menor intensidade é dada pelo menor tempo de retenção do caldo no decantador, que se situa entre 2 e 2,5 horas, quando não se utiliza polímero. Com a utilização de polímero, esse tempo pode cair para 30 minutos no processo de produção de etanol.

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7 Filtração A decantação separa o caldo tratado em duas partes: Caldo claro, que é o sobrenadante, o qual segue para a destilaria; Lodo, que é a massa decantada no fundo do decantador. O lodo deve ser filtrado para que se recuperar parte do açúcar contido no lodo. Com a filtração se obtém o caldo filtro, que retorna para a caleagem e a torta de filtro que é enviada à lavoura. O filtro mais utilizado no Brasil é o contínuo rotativo a vácuo.

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8 Preparo do mosto Consiste em resfriar o mosto à temperatura de 28 a 30 oC e ajustar a brix para 160 a Também é necessário realizar a correção da acidez do caldo a ser fermentado, o qual é acidificado com ácido sulfúrico ou ácido clorídrico, até o valor de pH entre 4,5 e 5,0.

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9 Fermentação O processo de transformação do açúcar em álcool, por ação da levedura Saccharomyces cerevisiae, é denominado fermentação alcoólica, e se desenvolve em condições de anaerobiose, ou seja, em ausência de oxigênio livre.

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9 Fermentação Nos mostos de caldo de cana-de-açúcar, melaço ou mistura de ambos, o açúcar predominante é a sacarose, aparecendo a glicose e a frutose em menores proporções. O volume de fermento utilizado (pé-de-cuba), normalmente, representa 20 a 25 % do volume da dorna ou 10 8 células mL-1. O tempo de fermentação varia de 4 a 8 h.

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Centrifugação O processo de fermentação mais utilizado no Brasil, atualmente, é o Mélle-Boinot, o qual recupera as leveduras presentes no vinho por centrifugação. A centrifugação é utilizada para separar o leite de levedo do vinho do e permitir a reutilização das células de leveduras na próxima fermentação. Após a centrifugação o levedo é enviado ao tratamento do ácido do fermento.

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Tratamento do fermento O processo Melle-Boinot é caracterizado pela recuperação de células pôr centrifugação. O leite de leveduras, com uma concentração celular de 50 a 70% em volume, é encaminhado para uma cuba de tratamento, onde será diluído com água na proporção de 1 parte de levedura por uma parte de água . Após a homogeneização é tratado com ácido sulfúrico concentrado até que se atinja o pH do leite de leveduras na faixa de 2,5 e 2,8. Após o ajuste do pH, o tratamento prossegue por mais 2 a 3 horas, dependendo da intensidade da contaminação.

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Destilação O vinho resultante da fermentação do mosto possui uma composição complexa, com constituintes da natureza líquida, sólida e gasosa. Do ponto de vista de volatilidade, as substâncias componentes do vinho podem ser dispostas em dois grupos: voláteis e fixas. As voláteis são representadas pelo álcool etílico, água, aldeídos, álcoois superiores, acido acético e por muitas outras, enquanto que as fixas, pelo extrato do mosto, células de leveduras e de bactérias, etc.

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Destilação Para a separação do álcool dos demais componentes do vinho empregam-se várias destilações especiais, operações estas baseadas na diferença do ponto de ebulição das substâncias voláteis.

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Desidratação Para se obter álcool anidro ou desidratado, com um teor alcoólico variando de 99,3 a 99,8 º INPM, é necessário introduzir aos processos normais de destilação um artifício que propicie o fracionamento da mistura azeotrópica, de modo a alterar a sua composição. Normalmente, adiciona-se um terceiro composto na mistura, a fim de se eliminar o azeotropismo. A substância mais utilizada é o ciclohexano.

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14 Etanol hidratado É o álcool obtido no processo de destilação, sem realizar a desidratação. Este álcool apresenta 93,8º INPM o que equivale a 96º GL ou 96% em volume, a 20º C. 15 Etanol anidro É o álcool obtido no processo de destilação e submetido à desidratação. É o álcool que é adicionada na gasolina. Este álcool apresenta, 99,3º INPM o que equivale a 99,58º GL ou 99,6% em volume, a 20º C.

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16 Torta de filtro A torta de filtro é o subproduto resultante da filtração do lodo obtido na decantação do caldo. 17 Vinhaça Subproduto da indústria sucroalcooleria resultante do processo de destilação do vinho.

29 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
Sulfitação A clarificação do caldo pelo processo de sulfitação, baseia-se na formação do sulfito de cálcio que é um sal pouco solúvel e precipita arrastando consigo o material coloidal, que posteriormente será removido do fluxo de fabricação.

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Sulfitação O anidrido sulfuroso exerce diversas funções sobre o caldo: ação purificante, descorante dada pelo abaixamento do pH, neutralizante, fluidificante, preservativa, precipitativa e inversiva se desejável. O processo consiste na passagem do caldo misto peneirado por uma coluna de formato cilíndrico com as extremidades tronco-cônicas, onde recebe o gás SO2 em contra-corrente, conferindo- lhe um pH variável entre 3,8 a 4,3.

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19 Caleagem para produção de açúcar O processo consiste em se adicionar ao caldo extraído pelas moendas, cujo pH varia de 4,8 a 5,3 ou 3,8 a 4,3, o leite de cal – solução de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) obtida pela hidratação da cal virgem (CaO) em água - até obtenção de pH entre 7,2 a 8,2, atingindo o ponto isoelétrico das proteínas, fazendo com que elas floculem. Os íons Ca2+ formam ligações com as cargas negativas dos colóides, auxiliando a agregação destes em flocos.

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20 Aquecimento A operação de aquecimento consiste em se elevar a temperatura do caldo por volta de ºC, a fim de que a floculação dos seus colóides se processe com maior rapidez dada pelo aumento do movimento browniano das partículas coloidais, e eficiência, uma vez que o calor é fator complementar da operação de clarificação do caldo.

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21 Decantação para produção de açúcar A decantação é um estágio do processo que objetiva separar do caldo a maior quantidade permissível das impurezas em solução ou mesmo em suspensão. Na fabricação do açúcar a decantação ocorre na mesma temperatura da decantação para a produção de álcool (103 a 105 oC). Contudo, o pH do caldo é maior 7,2 a 8,2 e o tempo de decantação pode variar de 2 a 6 h. Há maior remoção de colóides e elementos presentes no caldo.

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22 Filtração A operação de filtração visa recuperar o caldo arrastado com as borras ou lodo, o qual tem considerável teor de sacarose (cerca de 2% da sacarose da cana moída). Esta operação é feita em filtros rotativos à vácuo. O caldo extraído do lodo retorna ao processo de clarificação, devido à sua maior contaminação. O lodo filtrado, denominado de torta de filtro, consiste num adubo orgânico que é enviado à lavoura.

35 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
23 Evaporação A evaporação do caldo visa retirar a maior quantidade de água possível do caldo. Normalmente, o caldo entra no evaporador com 13 oBrix e sai com 55 a 65 oBrix. Esta etapa é realizada em equipamentos denominados evaporadores de múltiplos-efeitos. Após passar por tal etapa do caldo concentrado recebe o nome de xarope (55 a 65 oBrix).

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24 Cozimento Esta etapa é realizada em evaporadores simples. Com a concentração do xarope de 50 a 65 oBrix até a saturação da massa cozida (80 a 95 0Brix – depende do equipamento). Com essa concentração começa ocorrer a deposição e a formação dos cristais de açúcar.

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25 Cristalização Após a operação de cozimento chegar ao seu final, a massa cozida é descarregada em equipamentos conhecidos, por cristalizadores. A massa cozida, descarregada nos cristalizadores, pode ser mantida nesses equipamentos por um período variável de 6 a 72 horas e, em muitos casos, segue-se quase imediatamente para as turbinas (centrifugas), onde se dá a separação dos cristais.

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26 Centrifugação A separação dos cristais da massa cozida é feita em centrífugas, as quais podem ser de tipos variáveis - fluxo intermitente e fluxo contínuo - em função da natureza da massa cozida. As centrífugas açucareiras constam essencialmente de cesto perfurado suspenso por um eixo ligado a um motor elétrico, que propicia rotações de rpm.

39 Descrição da etapas da indústria sucroalcooleira
27 Secagem O açúcar que deixa as centrífugas encerra um alto teor de umidade, entre 0,5 a 2,0% , e está a uma temperatura relativamente elevada, entre 56-60º C - deste modo não se apresenta em boas condições para ser ensacado e armazenado. Portanto é necessário que se faça uma prévia secagem e resfriamento. O teor de umidade permissível para preservar a qualidade do açúcar, depende de sua polarização. No caso do açúcar branco, deve-se reduzir a umidade dentro de uma faixa de 0,04 a 0,07%.

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28 Refinaria Nesta unidade, o açúcar é re-processado, ou seja, é dissolvido em água, formando uma calda e esta é submetida a um novo processo de clarificação, evaporação e cozimento. No Brasil, normalmente, utiliza-se os açúcares VHP ou cristal para a produção de açúcar refinado. Contudo, a Dedini está em vias de conclusão de novo processo, denominado DRD – Dedini Refinado Direto, o qual tem por objetivo obter o açúcar refinado diretamente a partir do caldo.

41 ÁLCOOL - A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA E A INDÚSTRIA DE EQUIPAMENTOS
RESULTADOS DA EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA

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43 Considerações finais Na indústria sucroenergética, o processo industrial é formado por diversas etapas, as quais envolvem desde a caracterização da matéria-prima até a desidratação do etanol e o armazenamento do açúcar; As diversas etapas do processo são controladas individualmente. Contudo, para um alto desempenho da usina, é fundamental que todas as operações unitárias do processo trabalhem em harmonia.

44 7. Referências 1- Acesso em 02/03/2010; 2 - RIBEIRO, C., BLUMER, S., HORII. Fundamentos de tecnologia sucroalcooleira: tecnologia do açúcar. Piracicaba: ESALQ/Depto de Agroindústria, Alimentos e Nutrição, V.2, p. 3 - USHIMA, A.K., RIBEIRO, A.M.M., SOUZA, M.E.P., SANTOS N.F. Conservação de energia na indústria do açúcar e do álcool. São Paulo, IPT, p. 4 - DINARDO-MIRANDA, L.L.; VASCONCELOS, A.C.M.; LANDELL, M.G.A. Cana-de-açúcar. Campinas: Instituto Agronômico, p.

45 Muito obrigado pela atenção!
Prof. Antonio Sampaio Baptista Setor de Açúcar e Álcool – LAN/ESALQ/USP